三自由度并联机器人的误差校正方法及系统技术方案

本发明专利技术适用于机器人误差校正领域，提供一种三自由度并联机器人的误差校正方法及系统，在机器人的末端固定视觉采集系统，并提供具有规则阵列的若干标志点的标定板；具体步骤包括：使三自由度并联机器人带动所述视觉采集系统运动到三自由度并联机器人的工作空间的任意平面；使得所述视觉采集系统的视场内只存在一个任意的标志点，并以此标志点为参考点，获取参考点在图像坐标系中的坐标位置；以参考点为起始位置进行所有标志点的点位遍历，并获取对应标志点的坐标位置；计算所有标志点与参考点的坐标位置偏差，获取到误差校正表。本发明专利技术实施例利用视觉辅助进行机器人在空间上的误差定位，得到空间位置误差校正表或变化规律，校正方法方便简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机器人末端误差校正领域，尤其涉及一种三自由度并联机器人的误差校正方法及系统。
技术介绍
三自由度并联机器人属于高速、轻载的并联机器人，它是由三个并联的伺服轴确定抓取工具中心的空间位置，实现目标物体的运输、加工、分拣以及焊接等操作。对于并联机器人而言，由于机械加工的误差、装配误差等因素的影响，并联架构的理论结构参数(铰链位置、杆长等)与实际的结构参数之间存在偏差，使得并联结构的运动学模型不确定，从而影响并联机构的工作精度。解决其工作精度的方法有两种，一种方法是直接提高机械加工精度以及装配精度；另一种方法是采用运动学标定识别并联机构的运动几何参数。第一种方法极大的增加了制造成本。第二种方法通过分析误差因素，建立误差模型，基于影响并联机构定平台运动精度较大的几何误差参数建立运动学标定模型，采用阻尼最小二乘法，经多次优化迭代实现方程组求解，利用激光干涉仪完成标定用数据的测量，通过并联机构运动学逆解和各铰链的几何标定参数得到动平台的实际位姿。但第二种方法的实现过程复杂。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种三自由度并联机器人的误差校正方法及系统，以解决现有的校正成本高、过程复杂的问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种三自由度并联机器人的误差校正方法，在所述三自由度并联机器人的末端固定视觉采集系统，并提供具有规则阵列的若干标志点的标定板；所述误差校正方法，具体步骤包括：使三自由度并联机器人带动所述视觉采集系统运动到三自由度并联机器人的工作空间的任意平面；使得所述视觉采集系统的视场内只存在一个任意的标志点，并以此标志点为参考点，获取参考点在图像坐标系中的坐标位置；以参考点为起始位置进行所有标志点的点位遍历，并获取对应标志点的坐标位置；计算所有标志点与参考点的坐标位置偏差，获取到误差校正表。进一步地，确定参考点之前，调节标定板的位置，使得所述标定板的相邻边缘分别与X坐标轴和Y坐标轴平行。进一步地，以参考点为起始位置进行所有标志点的点位遍历时，所述三自由度并联机器人的运动距离相同。进一步地，保证标定板的相邻边缘分别与X坐标轴和Y坐标轴平行的情况下，移动标定板的位置，使得参考点位于图像的中心。进一步地，标志点与参考点的坐标位置偏差包括X方向偏差△x和X方向偏差△y(单位：mm)；△x＝(RX-DX)△y＝(Ry–Dy)其中，参考点的位置为R，后续为机器人运动到目标位置后所拍摄的标志点的位置为D，R和D的中心图像坐标为R(RX，Ry)和D(DX，Dy)。进一步地，获取误差校正表步骤之前，确定视觉采集系统的标定系数，所述标定系数为标志点的实际长度直径与采集的图像像素直径之间的关系。进一步地，所述标志点为圆形状。进一步地，所述标定系数的获取步骤包括：获取任意标志点的图像；对图像处理，获取标志点的轮廓；对轮廓拟合，得到圆，并获取圆以像素为单位的直径；比较标志点的实际长度单位直径与像素单位直径，获取到标定系数。进一步地，获取多个标志点的像素单位直径，得到多个标定系数，然后将多个标定系数的平均值作为最终的标定系数。本专利技术实施例还提供一种三自由度并联机器人的误差校正系统，包括设置在所述三自由度并联机器人的末端的视觉采集系统和具有规则阵列的若干标志点的标定板；其中，所述视觉采集系统包括图像处理模块、计算模块、CCD相机。本专利技术实施例提供了一种三自由度并联机器人的误差校正方法及系统，利用视觉辅助(相机结合视觉算法)进行机器人在空间上的误差定位，得到空间位置误差校正表或空间位置的变化规律，所述校正方法更加方便简单。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的三自由度并联机器人的误差校正装系统的示意图；图2是本专利技术实施例提供的三自由度并联机器人的误差校正装方法流程图；图3是本专利技术实施例提供的标定系数确定的示意图；图4是本专利技术实施例提供的误差校正过程示意图；图5是本专利技术实施例提供的坐标位置偏差计算示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，三自由度并联机器人包括静平台110、动平台120和三条对称分布的支链130，其中，各支链130中主动臂131与静平台110经转动铰连接，形如平行四边形的从动臂132一端与主动臂131连接，另一端与动平台120经球面副连接，三个主动臂131在伺服电动机驱动下可做独立的纯转动。三自由度并联机器人的工作空间是由主动臂131以及从动臂132的长度，动平台120与静平台110的半径、以及主动臂131活动角度范围五个参数确定，三自由度并联机器人的活动空间可以认为有两个，一个是可达空间，即机器人的极限边界，形如碗状；另一个是任务空间，也称为工作空间，形如圆柱体。如图1、2所示，本专利技术实施例提供一种三自由度并联机器人的误差校正方法，在所述三自由度并联机器人的末端固定视觉采集系统210，并提供具有规则阵列的若干标志点221的标定板220；本专利技术实施例的所述误差校正方法，通过视觉采集系统210对标定板220上的标志点221的空间位置进行采集，并得到所有空间位置的误差校正表，最终根据误差校正表对三自由度并联机器人进行校正。具体步骤包括：S310，使三自由度并联机器人带动所述视觉采集系统210运动到三自由度并联机器人的工作空间的任意平面；具体的，首先使得三自由度并联机器人处于回零的状态，之后才驱动三自由度并联机器人的Z轴运动到工作空间的一定的高度，即处于工作空间的某个平面内。本实施例中，所述视觉采集系统210包括CCD相机和数据处理模块，所述
数据处理模块用于图像处理和数据计算。S320，使得所述视觉采集系统210的视场内只存在一个任意的标志点，并以此标志点为参考点，获取参考点在图像坐标系中的坐标位置，单位为像素；所述标志点221可为圆形状，如圆点或圆环。如图3(3a、3b)所示，本实施例的采用圆点。其中，所述标志点的直径、任意两个标志点的中心间距为已知的设定值，或者为可测量值。进一步地，在确定参考点之前，首先调节标定板220的位置，使得所述标定板220的相邻边缘分别与X坐标轴和Y坐标轴平行，以便后续操作的方便定位。然后，在保证标定板的相邻边缘分别与X坐标轴和Y坐标轴平行的情况下，移动标定板220的位置，使得参考点位于图像的中心，并且为了方便提取坐标信息，所述视觉采集系统的视场内只存在一个标志点。调节完成将标定板220固定好，此时触发视觉采集系统210拍照，并处理图像中的标志点(此时为参考点)，得到标志点的图像坐标，记录下来作为参考基准坐标。在其他实施例中，步骤S310和S320中的视觉采集系统210和标定板220的移动的顺序可调或者同时进行。本实施例中，所述标志点为较大的圆点构成，则参考点在图像坐标系中的坐标位置为中心图像坐标(圆心坐标)。S330，以参考点为起始位置进行所有标志点的点位遍历，并获取对应标志本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三自由度并联机器人的误差校正方法，其特征在于，在所述三自由度并联机器人的末端固定视觉采集系统，并提供具有规则阵列的若干标志点的标定板；所述误差校正方法，具体步骤包括：使三自由度并联机器人带动所述视觉采集系统运动到三自由度并联机器人的工作空间的任意平面；使得所述视觉采集系统的视场内只存在一个任意的标志点，并以此标志点为参考点，获取参考点在图像坐标系中的坐标位置；以参考点为起始位置进行所有标志点的点位遍历，并获取对应标志点的坐标位置；计算所有标志点与参考点的坐标位置偏差，获取到误差校正表。

【技术特征摘要】
1.一种三自由度并联机器人的误差校正方法，其特征在于，在所述三自由度并联机器人的末端固定视觉采集系统，并提供具有规则阵列的若干标志点的标定板；所述误差校正方法，具体步骤包括：使三自由度并联机器人带动所述视觉采集系统运动到三自由度并联机器人的工作空间的任意平面；使得所述视觉采集系统的视场内只存在一个任意的标志点，并以此标志点为参考点，获取参考点在图像坐标系中的坐标位置；以参考点为起始位置进行所有标志点的点位遍历，并获取对应标志点的坐标位置；计算所有标志点与参考点的坐标位置偏差，获取到误差校正表。2.根据权利要求1所述的误差校正方法，其特征在于，确定参考点之前，调节标定板的位置，使得所述标定板的相邻边缘分别与X坐标轴和Y坐标轴平行。3.根据权利要求2所述的误差校正方法，其特征在于，以参考点为起始位置进行所有标志点的点位遍历时，所述三自由度并联机器人的运动距离相同。4.根据权利要求3所述的误差校正方法，其特征在于，保证标定板的相邻边缘分别与X坐标轴和Y坐标轴平行的情况下，移动标定板的位置，使得参考点位于图像的中心。5.根据权利要求4所述的误差校正方法，其特征在于，点位遍历后的标志点与参考点的坐标位置偏差包括X方向偏差△x和X方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：周蕾，李玉廷，王光能，舒远，闫静，文茜，高云峰，
申请(专利权)人：大族激光科技产业集团股份有限公司，深圳市大族电机科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44